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如何保证管线钢经历“高温非均匀快速加热-短时保温-快速冷却”这一焊接热循环作用后的热影响区（HAZ）组织均匀和优异性能,是确保油气输送管线安全可靠服役的关键因素之一。本论文以精细的X80管线钢微缩空心试样为研究对象,通过焊接热模拟技术（高温相变仪DIL805A/D）、光学显微分析技术（OM）、电子显微分析技术（SEM、EBSD、TEM）以及显微硬度测试（HV-1000）等研究方法与检测手段,获得不同峰值温度、冷却速度和热循环次数的多次焊接热循环后X80管线钢HAZ显微组织演变规律和力学性能特征,并绘制了精确的模拟焊接HAZ连续冷却转变图（SHCCT曲线）。在相同冷却速度（v=35°C/s）不同峰值温度条件下,X80管线钢再热粗晶区（RCGHAZ）的奥氏体晶粒尺寸与峰值温度之间存在Arrhenius关系;未变粗晶区（UCGHAZ）的显微组织主要为BF（除峰值温度为1100°C时的组织为BF+GB外）;再热未变粗晶区（RUCGHAZ）在峰值温度为9501050°C时,主要组织为GB+QF;在峰值温度为850°C和900°C时,主要组织为GB+BF,且在原奥氏体晶界存在“项链”状M-A结构。随着峰值温度的升高,UCGHAZ的硬度增大、RUCGHAZ的硬度先减小后增加。在相同峰值温度（一次Tm=1350°C,二次Tm=1200°C,三次Tm=1000°C）不同冷却速度条件下,随冷却速度由0.5°C/s到200°C/s不断增加,X80管线钢组织结构整体呈现PF+QF+P’→QF+GB→GB→GB+BF→BF→BF+LM（UCGHAZ和RUCGHAZ）→LM（仅CGHAZ会出现全马氏体结构）的变化趋势;显微硬度值与冷速之间均存在幂函数关系,即HV1=a+bexp（-kv）（a,b,k为常数）;贝氏体相变温度与冷却速度之间满足数学方程T=a-bln（v+c）（a,b,c为常数）。此外,随着冷速的加快,动力学曲线向着较低的温度范围方向转移,贝氏体相变激活能随相变体积分数（fb）的增加而减小,且CGHAZ和UCGHAZ贝氏体转变的主导生长机制是一维生长和二维生长,RUCGHAZ的新晶粒则主要在界棱处形核并沿二维方向长大。此外,随焊接热循环次数的增加,先共析F→B转变的临界速度不断增加,晶粒主要取向面由{111}向{001}转变,X80管线钢SHCCT曲线中各组织转变区域也随之改变。RUCGHAZ的组织转变中不仅存在强烈的变体选择,且有效晶粒尺寸细小,对抑制裂纹扩展有利。即使M-A组元的含量随热循环的增加而增加,并以多种形态分布于各晶界中;但由于各焊接热循环中M-A组元的体积分数均较低（不超过0.3%）,使得材料韧性降低的程度相对较弱。总体来说,韧性随焊接热循环次数的增加得以改善。